[发明专利]一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法

说明书

本发明公开一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法。本发明通过制备分散均匀的氧化石墨烯/纳米材料分散液，调整涂覆及还原工艺，得到表面分散性好的石墨烯涂覆导电纤维。技术效果是：1、整个掺杂、涂覆工艺简便可行；2、石墨烯在纤维表面分布均匀；3、掺杂纳米粒子还能够作为桥梁起到完善石墨烯片层间导电通路的作用；4、掺杂纳米粒子有效的阻碍了石墨烯团聚减少了石墨烯的用量，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于功能性织物领域，尤其是涉及了一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法。

背景技术

石墨烯涂覆材料作为近些年来兴起的新材料，受到了广泛关注。石墨烯具有非常优异的电学性能，特别是高电子迁移率。石墨烯的电子迁移速率高达20000cm²·V^-1·S^-1，因此石墨烯作为导电材料用于制备抗静电或导电纤维具有广阔的应用前景。

目前制备方法主要有共混加工改性和表面涂覆改性这两种方法。申请号为CN201410354504.3的中国发明专利提供了一种石墨烯导电聚酯纤维及其制备方法。首先对石墨烯进行表面磺酸基因功能化处理，然后将石墨烯、碳纳米管、表面活性剂分散均匀得到导电粒子，再将导电粒子加入到聚酯粉料中，最后通过造粒、纺丝制得石墨烯导电聚酯纤维。申请号为CN201510573369.6的中国发明专利提供了一种掺杂石墨烯的聚丙烯导电纤维的制备方法。先将氧化石墨烯与聚丙烯共混造粒，后经过熔融纺丝得到导电纤维。申请号为CN201610344381.4的中国发明专利提供了一种复合导电纤维的制备方法。该发明以活化石墨烯和羧化碳纳米管作为导电填料，以聚丙烯/高密度聚乙烯切片作为基体材料，经共混造粒、熔融纺丝制得复合导电纤维。共混加工法工艺简单，但是对于制备导电纤维来说，达到所需电性能需要的石墨烯量较大，此外共混过程中不可避免的会发生石墨烯团聚现象。

目前制备石墨烯导电纤维主要采用表面涂覆法，该方法通过溶液中织物吸附或表面浸轧将石墨烯涂覆到纤维表面。申请号为CN201510540291的中国发明专利提供了一种石墨烯/棉布柔性导电织物及其制备方法。该方法通过浸渍-烘干的方法在棉织物纤维表面覆盖氧化石墨烯，然后通过原位化学还原的方法将氧化石墨烯还原成为石墨烯，从而使棉织物具有良好的导电性能。申请号为CN201310434293的中国发明专利提供了一种防紫外线抗静电石墨烯涂层纺织面料的制备方法。首先将混合均匀的石墨烯/聚氨酯溶液置于浸液槽中，后通过二浸二轧工序，将石墨烯混合液浸轧到织物上并烘干，制得石墨烯涂层织物。申请号为CN201510024260的中国发明专利提供了一种石墨烯-碳纳米管复合物包覆的导电织物的制备方法。首先制得氧化石墨GO/MWNT混合液，然后通过浸泡、还原方法制备得到导电织物。申请号为CN201210454848的中国发明专利提供了一种采用浸染技术制备的导电织物及其制备方法和应用。将织物分别在碱液、预处理液、助染剂溶液中处理后，再浸入到导电粒子(碳纳米管、石墨烯、氧化石墨或纳米尺寸的石墨粉)的水分散液中，吸附烘干得到导电织物。

尽管已有专利制备得到导电纤维，但是依然需要解决一些问题：1、表面涂覆，无论是直接涂覆石墨烯还是先以氧化石墨烯形态涂覆后还原，均存在石墨烯团聚的现象，这是由石墨烯高表面能，易团聚特性决定的；2、石墨烯的团聚延缓了导电通路的形成，造成了石墨烯的浪费，增加了生产成本；3、现有技术及专利中，即使加入一些物质(如碳管、炭黑、纳米铜、石墨等)也主要针对的是提升导电性，而新加入物质对于石墨烯分散性(尤其是在涂覆物质表面)的影响，并没有提及。因此有必要开发出一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维及其制备方法，使其具有以下优点：涂覆工艺简便可行、石墨烯在涂覆物质表面分散均匀、石墨烯用量少、作为分散剂的物质成本低。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种表面均匀分散的石墨烯/纳米材料涂覆纤维，该织物在石墨烯用量降低、成本低于纯石墨烯涂覆的条件下依然具有优异的电性能。